什么是增强现实以及AR是如何工作的

您可能听说过技术圈中提到的增强现实(AR)一词，今天Apple有望在WWDC2023上宣布其新的虚拟现实增强现实耳机。如果您想知道什么是增强现实及其工作原理，请参阅此快速指南将通过一些示例帮助您理解该技术。

用最简单的术语来说，增强现实是一种交互式体验，其中现实世界中的对象通过计算机生成的感知信息得到增强，通常跨越多种感官模式。AR是关于将数字数据叠加到我们的物理世界，从而增强我们对现实的感知。

增强现实的原则

了解AR背后的底层技术并非易事，但您会很高兴知道这个概念相当简单。

捕捉实时图像：这一切都始于使用通常嵌入在智能手机或耳机中的相机来捕捉周围环境。

分析环境：软件然后分析该环境，识别对象或位置。它使用称为同时定位和映射(SLAM)的过程来实现这一点。

叠加数字信息：一旦理解了场景，数字信息就会叠加到真实世界的视图上，增强您的现实感。

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增强现实应用

虽然AR通常被视为游戏和娱乐的工具，但它在众多领域都具有巨大的潜力。

教育：学生可以与3D模型互动，促进对复杂概念的更好理解。

医疗保健：外科医生可以使用AR来可视化内部器官，而无需进行侵入性手术。

零售：购物者可以想象一件家具在他们家中的样子或一件衣服在他们身上的样子，从而增强购物体验。

建筑和房地产：建筑师可以创建和操作结构的3D模型，帮助进行更好的设计和规划。

增强现实是如何工作的

增强现实实际上是如何工作的?

了解增强现实的具体细节需要仔细研究协同工作以创建增强体验的三个主要组件：硬件、软件和应用程序层。

硬件

硬件是AR系统的物理组件，通常是智能手机、平板电脑或专用AR耳机等设备。这些设备配备了允许增强现实功能的组件：

摄像头和传感器：这些组件捕获真实世界的数据并充当AR系统的眼睛。他们扫描环境并提供数字和现实世界对象之间交互所必需的原始数据。

处理器：处理器，本质上是计算机中处理器的精简版，提供处理相机和传感器收集的实时数据所需的计算能力。

显示器：这是将数字内容叠加到现实世界中的组件。它可以是智能手机或平板电脑上的屏幕、头戴式显示器，甚至是物理表面上的投影。

软件

该软件构成了AR系统的支柱。它处理硬件捕获的数据、执行场景识别、跟踪用户交互并渲染3D模型。下面是它是如何做到的：

场景识别：在叠加数字内容之前，软件需要了解环境。这是通过深度感应和SLAM(同时定位和映射)等过程完成的，后者创建环境地图并跟踪用户在其中的位置。

渲染：一旦理解了场景，3D模型就会渲染到用户对现实世界的视图中。该软件可确保这些模型与环境自然互动，例如投射阴影或反射光线。

用户交互跟踪：该软件还跟踪用户与增强对象的交互，允许对触摸、语音命令或动作做出实时响应。

应用层

应用层是指用户与AR系统交互的接口。该层向用户呈现数字内容并允许他们控制和操作它。

应用范围从简单的数据叠加(如汽车平视显示器)到可由用户操作的完全交互式3D模型。它们还可以包括语音识别或手势控制等高级功能。

从本质上讲，应用层是用户与AR系统之间的桥梁，可实现增强现实特有的交互式和沉浸式体验。

简单地说，硬件捕捉现实世界并与之交互，软件处理数据并渲染数字内容，应用层将这些内容以有意义和交互的方式呈现给用户。这三个组件和谐地协同工作，提供我们所知的增强现实。

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AR的局限性和挑战

虽然增强现实正在迅速发展，但它仍然面临着开发人员不懈努力克服的几个挑战。了解这些局限性有助于阐明使AR真正身临其境且无处不在的复杂性。

硬件限制

电池寿命：AR应用程序是资源密集型的。他们经常使用相机、处理大量数据并显示复杂的视觉效果，所有这些都会很快耗尽电池电量。开发节能的AR系统是一项重大挑战。

视野：许多AR耳机的视野有限，这意味着只能在用户面前的一小块区域看到数字内容。真正身临其境的AR体验需要更广阔的视野。

尺寸和舒适度：AR眼镜需要重量轻且舒适，以便长时间使用，但它们还需要容纳许多组件。平衡舒适性和功能性是一项持久的设计挑战。

软件限制

照明和遮挡：现实世界的照明条件可能会迅速变化，这可能会破坏AR对象的显示方式。同样，AR对象应该被出现在它们面前的现实世界对象遮挡，这是很难实现的。

实时性能：为了获得无缝的AR体验，数据处理和渲染需要实时进行。这需要大量的计算能力，这在移动设备上可能具有挑战性。

用户交互：为用户创建与AR对象交互的直观方式是一项艰巨的任务。开发人员需要考虑多种交互方式，例如触摸、语音和手势控制。

尽管存在这些挑战，但在克服这些限制方面正在取得长足进步。随着节能处理器的进步，电池寿命正在提高。新型AR耳机的视野正在逐渐扩大。开发人员不断尝试新颖的交互方式并改进AR界面。

正在开发更复杂的软件算法，以更好地处理光照变化和准确渲染遮挡。随着5G的到来，实时数据处理将变得更快，从而进一步增强AR性能。

增强现实是一个持续的旅程，而不是一次性的目标。每天，全球的开发人员、研究人员和技术爱好者都在努力突破AR的可能性界限，一次克服一个障碍。

所以，如果您对这项技术充满热情，现在就是深入AR世界的最佳时机。从更多地了解它的工作原理，到开发您自己的AR应用程序，有无数种方式可以参与这一激动人心的旅程。

总之，了解增强现实的工作原理及其当前的局限性可以让我们欣赏为创造这些非凡体验所付出的巨大努力。随着不断的进步，我们离AR无缝融入我们日常生活的未来越来越近了。这确实值得期待。

增强现实技术的未来是什么?

增强现实在未来具有令人兴奋的潜力。您可能认为完全身临其境的AR体验还需要几年时间，但实际上，它已经在发生。以谷歌地图的AR模式为例，它将箭头叠加到现实世界中，引导您到达目的地。

然而，AR仍处于起步阶段，还有许多技术障碍需要克服。电池寿命、计算能力和延迟是开发人员必须克服的重大挑战，才能真正释放其潜力。但随着硬件和软件的不断进步，这些障碍很可能会被克服，使AR成为我们日常生活的一部分。

如果您想加深对这项变革性技术的理解，只需按照以下步骤操作：

探索流行的AR应用程序：首先在您的智能手机上探索AR应用程序。Instagram过滤器和PokemonGo是很好的起点。

阅读最新的AR技术：关注技术博客和论坛以了解AR的最新发展。

获得实践经验：如果您精通技术，请考虑涉足AR开发。Unity和ARKit等工具可以帮助您入门。

在这个技术先进的时代，了解增强现实等新兴技术至关重要。想象一个我们的物理现实和数字现实无缝融合的世界，这很迷人，有时甚至有点让人不知所措。然而，这就是我们前进的方向。

请记住，虽然“增强现实”一词可能看起来很复杂，但它只是用数字信息增强我们的现实。无论您是技术爱好者、开发人员，还是只是好奇的人，探索AR都是一段激动人心的旅程。因此，投入其中，进行试验，并亲身体验增强现实可以提供的功能。请记住，技术之美在于其不断发展和不断重塑我们世界的力量。今天了解增强现实可能是未来释放其潜力的关键。